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出版者:Apress

作者:Jonathan Oxer

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:2010-05-28

价格:USD 39.99

装帧:Paperback

isbn号码:9781430229070

丛书系列:

图书标签:

• Arduino
• 软件工程
• 计算机科学
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《数字孪生：从概念到实践的深度探索》 深入解析下一代信息技术核心驱动力 在当今飞速发展的工业 4.0 和物联网 (IoT) 时代，一个前沿且至关重要的概念正以前所未有的速度渗透到各个领域——那就是“数字孪生”（Digital Twin）。本书并非关注微控制器或电子元件的具体编程实现，而是致力于提供一个全面、系统且深入的理论与应用框架，剖析数字孪生技术如何作为连接物理世界与虚拟世界的桥梁，重塑制造业、城市规划、医疗健康乃至能源管理等各个行业的运作模式。 本书的视角超越了简单的模型构建，而是聚焦于数字孪生从概念起源、核心架构、关键技术支撑、生命周期管理到未来趋势预测的完整生态链条。我们摒弃了对具体硬件平台（如 Arduino 等）的细致讲解，转而将笔墨集中在驱动这一复杂系统的宏大理论基础和工程实践之上。 --- 第一部分：数字孪生的理论基石与演进脉络 本部分将为读者奠定坚实的理论基础，理解数字孪生为何是继计算机辅助设计（CAD）和仿真（Simulation）之后的又一次重大飞跃。 第一章：概念的精确界定与范式转移 数字孪生的定义、层次与维度： 详细区分数字孪生与传统仿真模型的本质区别。探讨从“数字模型”到“数字实体”、“数字主线”的演进路径，明确数字孪生所涵盖的实时数据交互、双向映射和闭环反馈机制。 历史回顾与技术成熟度曲线： 追溯数字孪生的概念发展历程，分析其在航空航天、高端装备制造等领域的早期应用案例，并评估当前技术在不同行业中的成熟度水平（如 Gartner 技术成熟度曲线分析）。 孪生体的分类与结构模型： 根据与物理实体的耦合程度、生命周期阶段以及功能范围，对数字孪生体进行系统分类（如产品孪生、工艺孪生、性能孪生等），并构建标准化的五层或七层参考架构模型。 第二章：支撑数字孪生的关键技术栈 本章深入探讨支撑数字孪生实时运行的底层技术，这些技术构成了孪生体的“神经系统”和“血液循环”。 数据采集与边缘计算： 探讨高保真传感器技术（如非接触式测量、高频采集）、数据预处理在边缘侧的必要性与挑战。分析数据融合算法在异构数据源（结构化、非结构化、时序数据）集成中的作用。 高性能计算（HPC）与云平台： 讨论如何利用云计算、雾计算和边缘计算协同工作，以满足数字孪生体对算力的弹性需求。重点分析在云端进行大规模、长期尺度的复杂物理过程模拟所需的计算资源调度策略。 人工智能与机器学习在孪生中的角色： 阐述 AI 如何赋能数字孪生体的预测性维护、状态评估和自主优化。探讨深度学习模型如何学习物理规律，实现对复杂系统行为的精确预测，以及强化学习在闭环控制中的应用潜力。 先进可视化与人机交互： 介绍沉浸式技术（VR/AR/MR）在数字孪生可视化中的集成方法，以及如何设计直观的仪表板和交互界面，使用户能够高效地理解和操作复杂的虚拟实体。 --- 第二部分：数字孪生的生命周期管理与应用深度 本部分将视角从技术本身转向实际应用，详细阐述数字孪生如何在产品/系统的整个生命周期中发挥价值，并剖析其在不同垂直领域的工程化挑战。 第三章：从设计到退役的全生命周期映射 数字孪生贯穿于产品从概念、设计、制造、运行到最终报废的每一个阶段。 设计阶段的“虚拟调试”： 分析如何利用数字孪生进行“先验验证”，在物理原型制造前发现并解决设计缺陷。探讨参数化建模与多学科优化（MDO）在设计迭代中的集成策略。 制造与装配过程的实时监控： 聚焦于“制造孪生”，阐述如何将车间级的 IoT 数据映射到数字模型中，实现生产效率的实时优化、质量缺陷的早期预警以及柔性制造系统的动态调度。 运行维护与性能优化： 这是数字孪生的核心价值所在。详细分析基于实时数据驱动的预测性维护（PdM）模型构建流程，包括健康状态评估（PHM）、剩余使用寿命（RUL）预测，以及如何利用孪生体进行“What-If”场景分析以制定最佳维护策略。 退役与回收的闭环管理： 探讨数字孪生如何记录资产的历史数据，指导设备的安全退役、部件的再利用或高价值回收方案的制定，实现资源效率最大化。 第四章：跨行业的深度应用案例与工程挑战 本章通过具体的行业案例，展示数字孪生在解决复杂系统问题时的强大能力，并客观分析实施过程中的障碍。 智慧城市与基础设施管理： 以城市级数字孪生为例，探讨其在交通流优化、能源网格平衡、应急响应模拟中的应用。关注海量城市数据的异构性与安全合规性挑战。 高端装备与系统集成： 深入分析航空发动机、大型船舶或核电站等复杂系统的集成孪生构建方法。重点讨论多物理场耦合模拟的精度控制和不确定性量化问题。 医疗健康领域的精准化转型： 探讨“人体器官孪生”或“个性化治疗方案模拟”的前景，以及数据隐私和生物伦理在构建高精度生物数字孪生时所面临的特殊挑战。 关键工程挑战：数据同步的延迟、建模的保真度、安全与互操作性： 总结当前实践中难以克服的工程瓶颈，例如物理世界与虚拟世界之间数据传输的延迟容忍度界限，以及不同供应商系统间的标准互操作性难题。 --- 第五部分：未来展望与治理框架 本书最后一部分将目光投向数字孪生技术生态的未来发展方向，并探讨必要的治理和安全框架。 从单体孪生到生态系统孪生： 探讨如何连接不同的、相互依赖的数字孪生体，形成更高级别的“系统之系统”（SoS）数字孪生，以管理如全球供应链或区域电网等超大规模复杂系统。 数字孪生的信任、安全与法规： 随着数字孪生对物理资产控制权的增强，信息安全和数据溯源变得至关重要。分析如何采用区块链、联邦学习等技术来确保孪生数据的真实性、安全性和权责归属。 新兴趋势：自适应与自主孪生： 展望未来，数字孪生将不再是被动的数据映射工具，而是具备自主学习、自我修复和自主决策能力的智能实体。 总结： 《数字孪生：从概念到实践的深度探索》旨在为工程师、架构师、研究人员和决策者提供一个清晰、深入且具有前瞻性的指南。本书不提供简单的“如何做”的步骤清单，而是提供“为什么这样做”的底层逻辑和“如何构建”的架构蓝图，帮助读者真正掌握驱动下一代工业和信息革命的核心技术——数字孪生。本书的深度和广度确保读者能够超越表面的应用展示，理解并驾驭这一复杂而强大的技术范式。

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作为一个喜欢挑战自己极限的爱好者，我一直在寻找能够让我不断进步的学习资源。《Cool Arduino Projects》这本书，从它的名字就能感受到一种不断探索和创新的精神。我希望这本书能够提供一些能够让我突破现有技能瓶颈的项目，从而提升我的编程能力和硬件控制水平。例如，我一直想尝试制作一个能够实现复杂运动控制的机器人臂，或者一个能够进行数据分析并进行预测的智能系统。我希望书中能够提供一些关于如何利用更高级的算法、数据结构以及更精密的传感器来优化项目性能的技术指导。而且，我特别关注书中是否会介绍一些如何对项目进行故障排除和优化，以及如何保证项目的稳定性和可靠性的实用技巧。

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我是一个对科技产品有着极强探索欲的普通爱好者，平时也喜欢捣鼓一些电子元件，但总感觉缺乏一个系统性的指引。《Cool Arduino Projects》的出现，就像是为我打开了一扇新的大门。我一直被Arduino强大的可塑性所吸引，它可以实现的功能几乎是无限的，关键在于你是否有好的想法和可靠的实现方法。我希望这本书能提供一些真正“酷炫”的项目，不仅仅是那些在网上随处可见的基础项目，而是那些能够让你在朋友面前眼前一亮，甚至能解决实际生活中小麻烦的创意。比如说，我设想过制作一个能够侦测并记录附近Wi-Fi信号强度的设备，或者一个可以自动为宠物喂食的装置。我对书中是否会涉及到一些更高级的编程技巧，比如模块化编程、中断处理，以及如何优化代码以提高效率也充满期待。毕竟，掌握了这些进阶的编程知识，才能更好地驾驭Arduino，创造出更复杂的项目。

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我是一个对DIY文化充满热情的人，喜欢自己动手去创造和改变。Arduino无疑是实现我这些想法的绝佳工具。《Cool Arduino Projects》这本书，从它的封面设计到内容介绍，都散发着一种鼓励创新和实践的精神。我希望这本书能够提供一些真正有用的、能够解决实际问题的小发明。例如，我设想过制作一个能够监测并记录宠物活动轨迹的追踪器，或者一个能够根据用户习惯自动调节室内环境的智能系统。我希望书中能够清晰地讲解每个项目的制作流程，包括所需的工具、材料以及详细的电路图和代码。而且，我特别看重书中是否会提供一些关于如何让项目更具个性化和可定制化的指导，这样我就可以根据自己的需求进行修改和升级。

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作为一名刚接触Arduino不久的学生，我非常渴望能够找到一本既能教会我基础知识，又能激发我创造力的书籍。《Cool Arduino Projects》的书名听起来就非常符合我的需求。我希望这本书能够循序渐进地引导我，从了解Arduino的开发环境，到掌握基本的数字和模拟输入输出，再到学习如何使用各种传感器和执行器。我尤其关注书中是否会提供一些能够让我实际操作的项目，让我能够亲身体验从零开始构建一个功能性设备的乐趣。例如，我一直想尝试制作一个能够根据天气预报来调节窗帘的系统，或者一个可以通过蓝牙控制的机器人小车。我希望书中能够清晰地讲解每个项目的原理，以及如何根据自己的需求进行修改和扩展。此外，我对于书中是否会介绍一些Arduino的常用库函数，以及如何利用这些库来简化编程也充满了好奇。

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我喜欢那些能够带来惊喜和乐趣的项目，而《Cool Arduino Projects》恰好满足了我的这种期待。当我看到这本书时，我立刻被它所传达的“玩转”Arduino的理念所吸引。我希望这本书能够提供一些足够有趣和新颖的项目，让我在制作的过程中体验到无与伦比的成就感。例如，我一直想尝试制作一个能够根据音乐节奏闪烁的LED灯阵列，或者一个能够实现人脸识别并做出相应反应的智能设备。我希望书中能够提供一些关于如何使用不同的编程语言和库来实现这些复杂功能的技术指导。此外，我也对书中是否会介绍一些如何利用Arduino与外部设备进行交互，例如通过无线通信、蓝牙或者Wi-Fi来实现远程控制也充满了好奇。

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这本书的封面设计就足够吸引人，那种充满活力和创造力的蓝色调，配合着Arduino标志性的风格，仿佛预示着里面将是满满的惊喜。拿到手里，厚实的感觉也让人觉得内容丰富，沉甸甸的希望。我一直对动手制作各种电子小玩意儿情有独钟，尤其是在看到一些利用Arduino实现的创意项目后，更是心痒难耐。这次选择《Cool Arduino Projects》，主要是看中了它“酷炫”这个关键词，它不仅仅是简单的教程，更是一种探索未知、实现想象力的指南。我期待能在这本书里找到那些能让我惊叹的项目，不仅仅是完成一个功能，而是能让生活变得更有趣、更智能的那些小发明。比如，我一直梦想着能做一个能自动洒水的盆栽，或者一个能根据光线强度自动调节亮度的书桌灯。这本书是否能提供这些灵感和具体步骤，是我最关心的。而且，我希望它能涵盖从基础的LED闪烁到更复杂的传感器交互，让不同水平的读者都能找到适合自己的挑战。我对书中会介绍到哪些最新的Arduino技术和传感器也充满了好奇，毕竟科技日新月异，能接触到前沿的知识是学习的最大动力。

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坦白说，在选择这本书之前，我浏览了不少Arduino相关的书籍和在线资源，但很多内容要么过于理论化，要么项目过于简单，难以满足我进阶学习的需求。当我看到《Cool Arduino Projects》的书名时，立刻被它所传达出的“实用”和“有趣”的信号所吸引。我一直认为，学习Arduino最好的方式就是通过实际的项目来驱动，而一本能够提供足够多、足够新颖项目的书，无疑是宝贵的学习资料。我特别希望书中能有一些能够与日常生活相结合的项目，比如智能家居相关的应用，或者是能够改善生活便利性的小工具。例如，我曾设想过制作一个能够监测室内空气质量并进行净化的设备，或者一个可以通过语音控制家电的系统。这本书是否能够提供实现这些想法的思路和代码示例，是我最为期待的部分。此外，我对于书中是否会详细讲解每个项目所需的硬件清单、电路连接以及编程逻辑非常看重。清晰的图示和分步式的讲解，能够帮助我少走弯路，更高效地完成项目。

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我是一名电子工程专业的学生，对嵌入式系统有着浓厚的兴趣。在课程之余，我一直在寻找能够让我进一步实践和探索Arduino的项目。《Cool Arduino Projects》这本书，从它的名字就能感受到一种积极创新的氛围。我希望这本书能够提供一些具有挑战性但又不至于让人望而却步的项目，让我在解决问题和实现功能的过程中，不断提升自己的技能。我对于书中是否会涉及一些更高级的硬件模块，例如步进电机、GPS模块、或者一些工业级的传感器也充满期待。同时，我也希望书中能够提供一些关于如何优化硬件设计和代码效率的建议，这对于我将来在专业领域的发展非常重要。例如，我曾设想过制作一个能够进行路径规划的无人机，或者一个能够识别物体并进行分类的智能机器人。

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我对那些能够将科技与艺术相结合的项目非常感兴趣。《Cool Arduino Projects》这本书，正是提供了一个这样的平台。我希望这本书能够提供一些能够让我将Arduino的强大功能与我的创意设计相结合的项目，创造出独一无二的作品。例如，我一直想尝试制作一个能够根据声音频率变化而变换色彩的互动装置，或者一个能够通过传感器感知并回应观众情绪的艺术品。我希望书中能够提供一些关于如何将Arduino与各种传感器、LED灯、电机等相结合，创造出视觉和听觉效果都非常出色的项目。此外，我也对书中是否会介绍一些如何将Arduino与3D打印、激光切割等其他制造技术相结合，来提升项目的美观度和复杂性也充满了期待。

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这本书的排版和内容的丰富程度让我印象深刻。当我翻阅《Cool Arduino Projects》时，我立刻被其精心设计的插图和清晰的步骤所吸引。我一直相信，学习技术最有效的方式就是“做中学”，而这本书正是提供了这样一个绝佳的平台。我渴望在书中找到那些能够让我跳出思维定势，去尝试一些从未想过的项目。比如，我最近对物联网（IoT）非常感兴趣，希望这本书能提供一些将Arduino与云平台连接，实现远程控制和数据监测的项目。例如，制作一个能够监测家中能源消耗并进行优化的系统，或者一个能够远程控制家中灯光的智能家居系统。我特别希望书中能够详细讲解如何处理网络通信、数据传输等方面的技术细节，这些是我在学习过程中常常遇到的难点。

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